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改性PP塑料在家電領域的應用新趨勢

2018-09-05
?HIPS和ABS是最先用在家用電器上的塑料材料,由于HIPS和ABS樹脂價恪昂貴,國外逐步開發出適于做家用電器零部件用的PP(聚丙烯)改性材料,并以其成本低、重量輕、性能好等優點部分取代HIPS和ABS樹脂在家用電器產品上應用。

PP作為四大通用塑料材料之一,具有優良的綜合性能、良好的化學穩定性、較好的成型加工性能和相對低廉的價格;但是它也存在著強度、模量、硬度低,耐低溫沖擊強度差,成型收縮大,易老化等缺點。因此,必須對其進行改性,以使其能夠適應產品的需求。對PP材料的改性一般是通過添加礦物質增強增韌、耐候改性、玻璃纖維增強、阻燃改性和超韌改性等幾個途徑,每一種改性PP在家用電器領域都有著大量應用。

礦物填充改性PP

礦物質填充改性是最廣泛采用的改性途徑。向PP原料中添加碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、云母粉等礦物質。這些礦物質不僅可以在一定程度上改善PP材料的機械性能和沖擊韌性,降低PP材料的成型收縮率以加強其尺寸穩定性,并且由于礦物質與PP基體在成本上的巨大差別,可以大幅度降低PP材料的成本。

目前,礦物填充改性PP在家電中的應用部位主要包括:波輪洗衣機和滾筒洗衣機的內桶、波輪和取衣口等部件;微波爐的密封條、揚聲器喇叭口、喇叭支架;冰箱的擱物架;電飯煲的外殼和底座等。

波輪洗衣機內筒

微波爐的很多部件也采用礦物增強、增韌PP材料制造。例如,微波爐門體的密封條、微波爐揚聲器喇叭口、喇叭支架等。由于礦物質的加入,可以在PP材料本身較高的耐熱溫度的基礎上,使其耐熱溫度進一步得到提高,以適應微波爐對高溫的要求。

近年來,原材料價格的大幅度飆升,迫于成本壓力,許多注塑廠家都在考慮用聚苯乙烯替代ABS或用改性PP產品替代聚苯乙烯產品以降低成本,于是出現了大量的PP材料成功替代聚苯乙烯的例子。例如,選用礦物質增強、增韌PP材料替代原來的聚苯乙烯材料注塑冰箱抽屜后,每噸原材料可以節約成本1500~2000元。由于用量很大,僅海爾集團一年大約就要消耗這種PP改性材料1000噸。另外,很多冰箱企業的冰箱臺面板也換用了礦物質增強增韌PP材料,例如,科龍電器、美菱電器等公司。雖然PP改性材料的機械性能比聚苯乙烯稍差,存在扭曲變形、縮痕、剛性較差等問題,利用PP材料韌性好、MFR高的特性,將制品重新設計,在制品側面與頂面的交接部位增設實體加強筋,如此設計使制品剛度較差的問題基本得到解決,從而可以大量節約材料成本。

用于電飯煲上的塑料制件的PP改性材料主要分為高光澤類和耐熱類,電飯煲外殼要求具有較高的光澤度,而底座則要求材料較高的耐熱性。

電飯煲的外殼以前主要是由ABS制作,由于成本壓力,現在主要采用改性PP來替代ABS。電飯煲外殼材料要求具有高光澤、低收縮性能,可以通過礦物填充的方法改善收縮性,但是在礦物的選擇上要選擇對表面光澤影響小的玻璃微珠,硫酸鋇,碳酸鈣等,必要時也可以通過成核劑、潤滑劑、熒光劑等來改善表面光澤。

耐候改性PP

由于PP含有不穩定的叔碳基團,經光、熱、氧作用后,易發生老化降解而導致變色、強度下降等問題,從而限制了其在戶外制品上的應用。因此,通過對PP進行耐候改性,可以大幅度提高PP材料在戶外惡劣氣候條件下的使用壽命。該改性料主要用于制造常年在露天使用的家用電器,尤其是用于制造空調器室外主機外殼,以替代傳統的金屬噴塑外殼。

空調器室外機外殼要經受日曬、雨淋、嚴寒等不同氣候條件的考驗,且要滿足長期使用要求。采用塑料代替金屬噴塑技術最早是由日本住友和三菱化學株式會社合作于20 世紀90年代初開發成功并投入使用的,這種技術克服了原來的金屬噴塑外殼所存在的制作工藝復雜、成本高、重量較大、容易生銹(可影響整機性能和使用壽命)等缺點,最終減輕了工人的勞動強度、降低了能耗、延長了使用壽命。除了空調器室外機外殼,空調室外機軸流風葉和暖風機出風口等也用到耐候PP。近幾年,隨著空調器產量的增長,改性耐候PP在該產品市場的應用也逐漸增多。

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空調室外機軸流風葉

阻燃改性PP

為了避免火災,現在許多國家都要求家用電器產品中的電子、電氣元器件所用材料必須具有阻燃性。在阻燃PP中,有63%的要求達到UL94V-0 級,23%要求達到UL94V-2級,12%為DIN4102B1級,1%為其他阻燃級別。PP的高結晶和易燃性使其達到電氣及其他行業所需要高阻燃級別困難,且成本增加較多,但隨著社會對塑料制品阻燃要求的提高,阻燃PP的比例會隨之增加,目前阻燃PP的年增長率為8%。

由于PP屬于易燃材料,因此目前市場上一般使用Br/Sb復合體系阻燃劑來對其進行阻燃改性。通過阻燃改性,PP產品能夠達到UL94V-0級,并且能耐650℃甚至750℃灼熱絲而不起燃。這種阻燃改性的PP材料一般被用于制作諸如電視機外殼、洗衣機控制盤座、線控器殼、冰箱蒸發皿、通風道等具有潛在燃燒危險的部件。

洗衣機控制盤座

玻纖增強改性PP

通常,PP材料的拉伸強度在20M~30MPa之間,彎曲強度在25M~50MPa之間,彎曲模量在800M~1500MPa之間。如果要想把PP用在工程結構件上,就必須使用玻璃纖維進行增強。

一般來說,通過玻璃纖維增強的PP產品的機械性能能夠得到成倍甚至數倍的提高。具體來說,拉伸強度達到了65MPa~90MPa,彎曲強度達到了70MPa~120MPa,彎曲模量達到了3000MPa~4500MPa,這樣的機械強度完全可以與ABS及增強ABS產品相媲美,并且更耐熱。一般ABS和增強ABS的耐熱溫度在80℃~98℃之間,而玻璃纖維增強的PP材料的耐熱溫度可以達到135℃~145℃。它可以被用來制作冰箱、空調等制冷機器中的軸流風扇和貫流風扇,其成本要比ABS增強產品低很多。

此外,它也可以用于制造高轉速洗衣機的內桶、波輪、皮帶輪以適應其對機械性能的高要求,用于電飯煲底座和提手、電子微波烤爐等對耐溫要求較高的場所。

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